高速鐵路高架橋上無咋道岔動力特性研究.pdf

1、我國高速鐵路具有無砟軌道為主、高架橋梁眾多的特點，隨著高速鐵路的大規(guī)模建設，道岔作為重要的鐵路設備，不可避免地設置在高架橋上，形成高架橋上無砟道岔結構體系。當列車高速通過時，車輛、道岔和橋梁之間相互作用、相互影響，構成了高速鐵路車輛‐無砟道岔‐高架橋梁耦合系統(tǒng)(簡稱為“車岔橋系統(tǒng)”)。該系統(tǒng)不僅綜合了無砟軌道、高速道岔、高架橋梁的技術特點，而且衍生出一系列與高速有關的技術難點，是高速鐵路亟待解決的關鍵問題之一。
　　本論文在對國內

2、外車軌、車岔、車橋、車軌橋等相關動力學研究資料調研分析的基礎上，應用多體動力學和有限元方法等相關理論和方法，自主開發(fā)了動力仿真計算平臺FORSYS，并結合鄭西客運專線、京滬高速鐵路相關動力測試工作，進行高速鐵路高架橋上無砟道岔系統(tǒng)動力特性的理論和試驗研究，為高速鐵路無砟道岔和高架橋梁的發(fā)展應用和動力評估提供一定的理論支撐。本文的主要研究工作如下：
　　(1)開發(fā)了新型動力仿真計算平臺FORSYS。
　　常見的商業(yè)計算軟件和自

3、編程序在進行車輛、軌道和下部結構的建模時都存在一定的不足，如多體動力學仿真軟件一般不能進行軌道和下部結構的細致模擬，而有限元分析軟件難以進行車輛結構的多體動力學建模；自編程序雖然可以實現(xiàn)多體和有限元的混合建模，但是很難對結構細部進行模擬，且往往工作繁重。針對這些研究手段的不足，本文自主開發(fā)了動力仿真計算平臺FORSYS。
　　動力仿真計算平臺FORSYS由FORTRAN自編程序模塊和ANSYS軟件模塊組成。其中，ANSYS軟件模塊

4、主要用于道岔和橋梁結構的有限元建模，F(xiàn)ORTRAN自編程序模塊主要用于車輛結構的多體動力學建模、輪軌幾何接觸關系的處理、輪軌相互作用力的計算、系統(tǒng)運動方程的求解等。利用動力仿真計算平臺FORSYS，可以實現(xiàn)車輛、道岔和橋梁等結構快速、準確建模，實現(xiàn)車輛模型(多剛體模型)和道岔、橋梁模型(有限元模型)的“剛柔耦合”，彌補了商業(yè)軟件和自編程序的不足，是一種新型的動力分析手段。
　　(2)建立了完整細致的高速鐵路車輛‐道岔‐無砟軌道‐橋

5、梁耦合系統(tǒng)動力分析模型。
　　針對高速鐵路車輛、無砟道岔和高架橋梁的力學特點，本文利用動力仿真計算平臺FORSYS，建立了完善的高速鐵路車輛‐道岔‐無砟軌道‐橋梁耦合系統(tǒng)動力分析模型。該系統(tǒng)模型由車輛模型、無砟道岔模型、橋梁模型、車岔作用模型和岔橋作用模型組成。
　　在系統(tǒng)動力分析模型中，車輛結構離散為車體、轉向架和輪對組成的多剛體系統(tǒng)；道岔結構完整地考慮了轉轍器、連接部分和轍叉部分的力學特點，考慮了鋼軌截面型式的變化，考慮

6、了間隔鐵、頂鐵、滑床臺等部件的非線性作用，實現(xiàn)了無砟軌道的實體建模；橋梁結構實現(xiàn)了按圖紙建模，考慮了梁體截面的變化和橋梁支座的影響。
　　(3)進行高速鐵路高架橋上無砟道岔試驗研究，對高速鐵路車輛‐道岔‐無砟軌道－橋梁耦合系統(tǒng)動力分析模型進行驗證。
　　在鄭西客運專線渭南北站和京滬高速鐵路徐州東站，進行橋上無砟道岔的現(xiàn)場動測工作。主要對車輛過岔時的輪軌垂橫向力，鋼軌動位移、振動加速度、動彎應力，軌道板振動加速度，橋梁的振動加

7、速度及撓度等進行了測試。
　　通過對測試數據的分析，對輪軌相互作用、車輛運行的安全平穩(wěn)性、道岔和橋梁結構的動力特性進行了評估。將仿真計算結果與現(xiàn)場試驗數據進行對比，對本文所建立的高速鐵路車輛‐道岔‐無砟軌道‐橋梁耦合系統(tǒng)動力分析模型進行驗證。
　　(4)進行高速鐵路車岔橋系統(tǒng)動力特性的仿真研究。
　　利用高速鐵路車輛‐道岔‐無砟軌道‐橋梁耦合系統(tǒng)動力分析模型，從輪軌相互作用、車輛運行的安全平穩(wěn)性、道岔結構動力特性、橋梁